激光发射模块、激光雷达和雷达校准方法与流程

1.本技术涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光发射模块、激光雷达和雷达校准方法。


背景技术：

2.目前激光雷达发射模块的校准方式基本基于先进的高精度的机器视觉，调节方式基本依靠多轴的机械台和复杂的算法支持。而这种校准方法的难度大，使得激光雷达的组装成本较高。


技术实现要素：

3.本技术的目的包括，提供一种激光发射模块、激光雷达和雷达校准方法，其能够高效地实现激光发射模块的校准，降低激光发射模块、激光雷达的组装成本。
4.本技术的实施例可以这样实现：第一方面，本技术提供一种激光发射模块，包括支座组件、调节组件和激光发射器件，激光发射器件通过调节组件连接于支座组件，调节组件用于调节激光发射器件的发射方向，调节组件通过粘结剂锁定调节量，以将激光发射器件的发射方向锁定。
5.在可选的实施方式中，支座组件包括座体和第一固定架，调节组件包括球头件，球头件包括球头部，第一固定架连接于座体，并与座体之间形成第一夹持空间，球头件的球头部嵌入第一夹持空间内，球头件内设置有空腔，空腔具有开口，激光发射器件设置于球头件的空腔内，并通过开口向外发射激光。
6.在可选的实施方式中，球头件还包括筒体，球头部连接于筒体的一端，球头件的空腔沿筒体的轴线方向贯通筒体和球头部。
7.在可选的实施方式中，支座组件还包括第二固定架，第二固定架连接于座体并与座体形成第二夹持空间，筒体插入第二夹持空间内。
8.在可选的实施方式中，调节组件还包括调节螺栓和弹性件，第二固定架上设置有调节螺孔，调节螺栓设置于调节螺孔并伸入第二夹持空间以抵接筒体，弹性件设置于第二夹持空间内，弹性件的一端抵接座体，另一端抵接筒体，弹性件与调节螺栓共同夹持筒体。
9.在可选的实施方式中，调节组件包括两个调节螺栓和两个弹性件，两个调节螺栓和两个弹性件围绕筒体间隔布置，调节螺栓和弹性件一一对应，相对应的调节螺栓和弹性件对筒体的施力方向相反。
10.在可选的实施方式中，第一固定架、座体以及球头件被粘结剂粘连，和/或，第二固定架、座体以及球头件被粘结剂粘连。
11.在可选的实施方式中，激光发射器件包括光纤阵列。
12.在可选的实施方式中，发射模块还包括发射反射镜，发射反射镜连接于支座组件，发射反射镜用于反射激光发射器件发出的激光。
13.第二方面，本技术提供一种激光雷达，包括前述实施方式中任一项的激光发射模
块。
14.第三方面，本技术提供一种雷达校准方法，用于对前述实施方式中任一项的激光发射模块进行校准，使用校准机构对激光发射模块进行校准，校准机构包括工装底座、指示光发射器以及标板，指示光发射器与工装底座的相对位置固定，标板与指示光发射器间隔设置，雷达校准方法包括：将未施加粘结剂的激光发射模块安装于工装底座；控制指示光发射器朝标板发射指示光，以在标板上形成指示光斑；控制激光发射器件向标板发射激光，以在标板上形成调节光斑；根据指示光发射器与激光发射模块的相对位置关系以及指示光斑在标板上的位置，确定调节光斑在标板上的目标位置；使用调节组件调节激光发射器件的发射方向，以使调节光斑处于目标位置；对调节组件施加粘结剂以锁定激光发射器件的发射方向。
15.在可选的实施方式中，在对调节组件施加粘结剂之前，雷达校准方法还包括：绕调节激光发射器件的轴线旋转调节激光发射器件。
16.在可选的实施方式中，标板垂直于指示光。
17.在可选的实施方式中，标板距离指示光发射器2~5m。
18.本技术实施例的有益效果包括：本技术实施例提供的激光发射模块包括支座组件、调节组件和激光发射器件，激光发射器件通过调节组件连接于支座组件，调节组件用于调节激光发射器件的发射方向，调节组件通过粘结剂锁定调节量，以将激光发射器件的发射方向锁定。由于激光发射模块自带了调节组件，因此在向激光发射模块施加粘结剂之前，调节组件是可用的，可以用于调节激光发射组件相对于支座组件的位置，从而调整激光发射方向。当调节好激光发射器件的位置后，再施胶锁定激光发射方向，完成激光发射模块的校准。因此，本技术的激光发射模块通过设置调节组件能够为激光发射器件的校准提供便利，也进一步实现激光雷达的高效组装。进一步的，调节组件包括球头件，因此不仅可以调整激光发射器件的发射方向，还能够绕轴线转动来调节激光投射图形的形态（尤其适用于激光发射器件包含光纤阵列的情况）。
19.本技术实施例提供的雷达校准方法不依赖于先进的高精度机器视觉，调节方式也不依赖复杂的算法支持，而是通过使用包含工装底座、指示光发射器和标板的校准机构以及激光发射模块自带的调节组件来实现校准，因此该雷达校准方法能够高效、低成本地实现激光发射模块的校准。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本技术一种实施例中的激光发射模块在第一视角下的示意图；图2为本技术一种实施例中的激光发射模块在第二视角下的示意图；
图3为本技术一种实施例中座体的示意图；图4为本技术一种实施例中第一螺栓与压簧的配合示意图；图5为本技术一种实施例中调节组件和发射反射镜的示意图；图6为本技术一种实施例中校准机构对激光发射模块进行校准的示意图；图7为本技术一种实施例中雷达校准方法的流程图；图8为本技术一种实施例中标板的示意图。
22.图标：100-激光发射模块；110-座体；111-窗口；112-容置槽；113-安装孔；114-限位槽；120-第一固定架；121-第一螺栓；122-压簧；130-第二固定架；131-第二螺栓；140-球头件；141-球头部；142-筒体；143-调节螺栓；144-弹性件；150-发射反射镜；200-校准机构；210-底板；211-支脚；220-工装底座；221-安装支座；230-指示光发射器；240-反射镜组；250-标板；251-指示光斑；252-调节光斑；253-目标位置。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
27.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互结合。
29.图1为本技术一种实施例中的激光发射模块100在第一视角下的示意图；图2为本技术一种实施例中的激光发射模块100在第二视角下的示意图；图3为本技术一种实施例中座体110的示意图。如图1至图3所示，本实施例提供的激光发射模块100包括支座组件、调节组件和激光发射器件（图中未示出），激光发射器件通过调节组件连接于支座组件，调节组件用于调节激光发射器件的发射方向，调节组件通过粘结剂锁定调节量，以将激光发射器件的发射方向锁定。在图1、图2中展示的激光发射模块100是未施加粘结剂的状态，因此调节组件处于可调节状态。
30.在本实施例中，支座组件包括座体110、第一固定架120和第二固定架130，其中座体110用于后续校准过程中连接校准机构200，以及最终作为激光雷达的一部分连接于激光
雷达的其他部件上。第一固定架120和第二固定架130固定连接于座体110上，并与座体110之间形成了夹持空间用于容纳调节组件和激光发射器件，调节组件能够在夹持空间所限定的范围内调节。本实施例中，第一固定架120为倒扣于座体110上的u形结构件，并通过两个第一螺栓121固定于座体110上，与座体110之间形成第一夹持空间；第二固定架130为倒扣于座体110上的半圆弧结构，并通过两个第二螺栓131固定于座体110上，与座体110形成第二夹持空间。
31.如图3所示，座体110上设置有容置槽112。第一固定架120和第二固定架130均架设在容置槽112上，并与容置槽112的内壁共同构成夹持空间，调节组件的一部分收纳于容置槽112内。具体的，第一固定架120的两端分别连接于容置槽112的相对两侧，第二固定架130的两端分别连接于容置槽112的两侧，第一固定架120与第二固定架130在容置槽112的长度方向上间隔。
32.图4为本技术一种实施例中第一螺栓121与压簧122的配合示意图。如图4所示，在本实施例中第一螺栓121外套设有压簧122，压簧122的一端抵接于第一螺栓121的头部，另一端抵接于第一固定架120，第一固定架120在压簧122的推力下压靠在调节组件上。通过设置压簧122，能使得第一固定架120在远离座体110的方向上具有少量的活动量，因此调节组件不会在第一固定架120与座体110的夹持下难以调节（比如转动）。而第二固定架130倒扣于座体110上，即便锁紧固定不再活动，所形成的第二夹持空间也会为调节组件预留出一定的间隙用于调节，因此固定第二固定架130所使用的第二螺栓131可以是普通螺栓。
33.在本实施例中，激光发射模块100还包括发射反射镜150，发射反射镜150连接于座体110，发射反射镜150用于反射激光发射器件发出的激光，以改变其路径。座体110上还开设有窗口111，发射反射镜150反射后的光束可以从窗口111射出。
34.如图中所示，座体110的角部设置有安装孔113，座体110可以通过安装孔113以及螺栓等紧固件与其他部件（比如校准机构200或者激光雷达中的其他部件）固定连接。
35.图5为本技术一种实施例中调节组件和发射反射镜150的示意图。如图5所示，在本实施例中，调节组件包括球头件140，球头件140内设置有空腔，空腔具有开口，激光发射器件设置于球头件140的空腔内，并通过开口向外发射激光。在本实施例中，球头件140的开口朝向发射反射镜150。球头件140包括球头部141和筒体142，球头部141连接于筒体142的一端，球头件140的空腔沿筒体142的轴线方向贯通筒体142和球头部141。
36.球头件140的球头部141嵌入第一夹持空间内，并被座体110和第一固定架120夹持。筒体142插入座体110和第二固定架130所形成的第二夹持空间内。由于设置了球头部141，使得筒体142可以绕球头摆动，整个球头件140也可以绕自身轴线（与筒体142轴线重合）转动。由于第一固定架120是通过压簧122压靠在球头部141上，具有一定的活动量，因此球头部141并没有被第一固定架120和座体110锁死，能够满足球头件140在各方向上的转动调节需求。
37.进一步的，调节组件还包括调节螺栓143和弹性件144，第二固定架130上设置有调节螺孔，调节螺栓143设置于调节螺孔并伸入第二夹持空间以抵接筒体142，弹性件144设置于第二夹持空间内，弹性件144的一端抵接座体110，另一端抵接筒体142，弹性件144与调节螺栓143共同夹持筒体142。在本实施例中，弹性件144为弹簧，其一端抵接于筒体142，另一端抵接于容置槽112的内壁。随着调节螺栓143旋入，调节螺栓143会沿其轴线方向推动筒体
142，从而使球头件140摆动，此过程对应的弹性件144会被压缩；随着调节螺栓143旋出，弹性件144会推动筒体142向反方向摆动，此过程弹性件144舒张。因此，通过调节螺栓143和弹性件144能够实现球头件140的摆动调节，从而调整球头件140内部的激光发射器件的发射方向。为了避免弹性件144位移，容置槽112内壁设置有限位槽114，弹性件144抵接于限位槽114内。
38.进一步的，本实施例的调节组件包括两个调节螺栓143和两个弹性件144，两个调节螺栓143和两个弹性件144围绕筒体142间隔布置，调节螺栓143和弹性件144一一对应，相对应的调节螺栓143和弹性件144对筒体142的施力方向相反。具体的，两个调节螺栓143和两个弹性件144绕筒体142轴线均匀间隔设置，两个调节螺栓143绕筒体142的轴线呈90
°
间隔分布。通过两个调节螺栓143能够精准地调节激光发射器件的发射方向。此外，球头件140还可以绕自身轴线转动，来调节激光发射器件的投射图形的状态。比如，在本实施例中，激光发射器件包括光纤阵列，因此激光发射器件的投射图形可以是点阵，那么就使得球头件140绕自身轴线转动调节变得有意义，因为球头件140绕自身转动会导致投射图形的形态改变。
39.在本实施例中，调校好的激光发射模块100需要通过粘结剂来固定球头件140，从而锁定激光发射器件的发射方向。具体的，第一固定架120、座体110以及球头件140被粘结剂粘连，第二固定架130、座体110以及球头件140被粘结剂粘连，通过在这两个位置施胶，能够保证球头件140不再转动或摆动，保证产品的稳定性。
40.此外，本技术实施例还提供一种激光雷达，包括前述实施例中的激光发射模块100。激光雷达还可以包括激光接收器件等其他用于实现雷达基本功能的器件，这部分器件的构成和设置方式可以参考现有技术，此处不再赘述。
41.图6为本技术一种实施例中校准机构200对激光发射模块100进行校准的示意图；图7为本技术一种实施例中雷达校准方法的流程图。如图6和图7所示，本技术实施例还提供一种雷达校准方法，用于对前述实施实施例的激光发射模块100进行校准，使用校准机构200对激光发射模块100进行校准。校准机构200包括工装底座220、指示光发射器230以及标板250（见图8），指示光发射器230与工装底座220的相对位置固定，标板250与指示光发射器230间隔设置。具体的，校准机构200还包括底板210，底板210通过可调节高度的支脚211支撑地面，工装底座220固定设置在底板210上，指示光发射器230固定连接于底板210。通过调节支脚211，能够使指示光发射器230发出的指示光水平。此外，校准机构200还可以包括反射镜组240，反射镜组240用于改变激光发射模块100的光束路径。
42.本技术实施例提供的雷达校准方法包括：步骤s100，将未施加粘结剂的激光发射模块安装于工装底座。
43.在本实施例中，指示光发射器230与工装底座220的相对位置固定，而工装底座220上设置有专门用于安装激光发射模块100的安装支座221，通过将激光发射模块100的支架组件连接于工装底座220的安装支座221，从而使激光发射模块100的位置确定，且保持固定。此时，激光发射模块100相对于指示光发射器230的相对位置是确定的。在本实施例中，对激光发射模块100进行校准的方式即是将激光发射模块100发出的光束调节为平行于指示光发射器230，因此指示光发射器230产生的指示光是作为参考依据的，其发射方向应当是确定的；而且用于安装激光发射模块100的安装支座221的位置也需要准确地设置，以保
证与指示光发射器230相对位置足够精确。
44.在本技术实施例中，可以先对指示光发射器230的发光件进行方向标定，确保其产生的指示光光束方向与指示光发射器230的外壳轴线重合，使得指示光发射器230安装到校准机构200的对应位置处后，保证指示光位置和方向的精确度满足预期。
45.步骤s200，控制指示光发射器朝标板发射指示光，以在标板上形成指示光斑。
46.图8为本技术一种实施例中标板250的示意图。如图8所示，指示光在标板250上形成指示光斑251。在本实施例中，可通过水平仪进行标定，使标板250垂直于指示光。可选的，标板250与指示光发射器230之间的距离为2~5m。在本实施例中，指示光为可见光。
47.步骤s300，控制激光发射器件向标板发射激光，以在标板上形成调节光斑。
48.如图8中所示，调节光斑252形成于标板250上。
49.步骤s400，根据指示光发射器与激光发射模块的相对位置关系以及指示光斑在标板上的位置，确定调节光斑在标板上的目标位置。
50.应当理解，调节光斑252的目标位置253满足以下要求：调节光斑252移动到目标位置253时，激光光束与指示光发射器230发出的光束平行。由于激光发射模块100相对于指示光发射器230的位置是确定的，因此指示光斑251与目标位置253的相对位置是确定的，因此能够以指示光斑251在标板250上的位置作为参考，确定调节光斑252在标板250上的目标位置253。当调节光斑252的目标位置253被确定后，可以用显色卡在标板250上标记好该目标位置253，以便后续调整激光发射模块100。
51.在本实施例中，由于期望形成的激光光束是在指示光的正上方，并与指示光平行，因此调节光斑252的目标位置253位于指示光斑251的正上方，如图8所示，二者的距离则是激光发射模块100与指示光发射器230的高度落差。当然，在可选的其他实施例中，如果工装底座220、指示光发射器230的设置布局发生改变，那么期望形成的激光光束与指示光的相对位置也会发生改变，调节光斑252在标板250上的目标位置253也会发生相应改变。
52.步骤s500，使用调节组件调节激光发射器件的发射方向，以使调节光斑处于目标位置。
53.可通过旋拧调节螺栓143，来调节球头件140的姿态，从而调节激光发射器件的发射方向，当调节光斑252处于目标位置253时，激光发射模块100的光束平行于指示光，此时发射方向调节到预期。当激光发射器件包括光纤阵列的情况下，还可以绕球头件140的轴线转动球头件140，从而实现绕调节激光发射器件的轴线旋转调节激光发射器件。比如当激光发射器件的发光为矩形阵列，图8所示的实施例中调节光斑252整体呈矩形，需要通过绕球头件140自身轴线转动球头件140，来将调节光斑252的两个边转动调节至竖直（另外两个边则水平）。
54.步骤s600，对调节组件施加粘结剂以锁定激光发射器件的发射方向。
55.当激光发射器件的发射方向和转动角度调节完毕后，可以先将第一螺栓121锁紧，使得第一固定架120能够压紧球头件140的球头部141；然后对调节组件施加粘结剂以锁定激光发射器件的发射方向，从而得到调校完毕的激光发射模块100。后续再将激光发射模块100安装到激光雷达中，得到具有较高精度的激光雷达。
56.综上所述，本技术实施例提供的激光发射模块包括支座组件、调节组件和激光发射器件，激光发射器件通过调节组件连接于支座组件，调节组件用于调节激光发射器件的
发射方向，调节组件通过粘结剂锁定调节量，以将激光发射器件的发射方向锁定。由于激光发射模块自带了调节组件，因此在向激光发射模块施加粘结剂之前，调节组件是可用的，可以用于调节激光发射组件相对于支座组件的位置，从而调整激光发射方向。当调节好激光发射器件的位置后，再施胶锁定激光发射方向，完成激光发射模块的校准。因此，本技术的激光发射模块通过设置调节组件能够为激光发射器件的校准提供便利，也进一步实现激光雷达的高效组装。进一步的，调节组件包括球头件，因此不仅可以调整激光发射器件的发射方向，还能够绕轴线转动来调节激光投射图形的形态（尤其适用于激光发射器件包含光纤阵列的情况）。
57.本技术实施例提供的雷达校准方法不依赖于先进的高精度机器视觉，调节方式也不依赖复杂的算法支持，而是通过使用包含工装底座、指示光发射器和标板的校准机构以及激光发射模块自带的调节组件来实现校准，因此该雷达校准方法能够高效、低成本地实现激光发射模块的校准。
58.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。